110kV 변압기 중성점 접지 방식의 선정 및 보호 구성 최적화

소개

고전압 전력 시스템에서 변압기 중성점 접지 방식은 시스템의 안전성, 신뢰성 및 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 110kV 전력 시스템의 경우, 중성점 접지 방식의 선택은 장비 절연 수준, 과전압 보호, 계전기 보호 구성 및 전원 공급 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 중국에서는 110kV 시스템에 일반적으로 다음과 같은 방식이 사용됩니다. 부분적으로 효과적인 접지 방법변압기의 일부 중성점은 직접 접지되는 반면 다른 중성점은 접지되지 않은 상태로 유지되어 단상 단락 전류를 제한하고 과전압 위험을 방지하는 것을 목표로 합니다.

본 논문은 110kV 변압기 중성점 접지 방식의 특징, 장점 및 한계를 분석하고, 최적의 보호 구성 전략을 탐구하며, 향후 발전 동향을 제시한다.

1. 110kV 변압기의 주요 중성점 접지 방법

1.1 직접 접지

직접 접지변압기 중성점을 접지에 직접 연결하는 방식을 말합니다. 이 방식은 중성점 전위를 효과적으로 고정시켜 단상 접지 사고 발생 시 고장이 발생하지 않은 상의 전압 상승이 상 전압의 1.4배를 넘지 않도록 합니다. 이는 장비 절연 요구 사항을 낮추고 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

하지만 상당한 단점은 다음과 같습니다. 매우 높은 단상 지락 전류(수천 암페어에 달하는) 전류가 흐르면 회로 차단기의 차단 용량과 시스템 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 신속한 고장 제거가 필요한 110kV 이상의 고전압 시스템에서는 일반적으로 직접 접지가 사용됩니다.

1.2 접지되지 않은 중성선

한 접지되지 않은 시스템변압기 중성점은 접지로부터 절연되어 있습니다. 단상 접지 사고가 발생하면 고장 전류는 매우 작기 때문에(주로 시스템의 용량성 전류) 시스템은 단기간(일반적으로 최대 2시간) 동안 계속 작동할 수 있습니다. 이는 안정성을 크게 향상시킵니다. 전원 공급 신뢰성.

그러나 접지되지 않은 시스템에서는 단상 접지 사고로 인해 고장이 발생하지 않은 상의 전압이 선로 전압 수준까지 상승할 수 있습니다. 절연이 약한 경우, 이는 절연 파괴로 이어져 상간 단락 사고로 확대될 수 있습니다. 또한, 간헐적인 아크 접지는 다음과 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 아크 과전압상전압의 3~3.5배에 달하는 전압이 발생하여 변압기 절연에 위협을 가할 수 있습니다.

1.3 저임피던스를 이용한 접지

직접 접지 방식과 비접지 방식의 장단점을 균형 있게 조절하기 위해, 임피던스 접지 방식자주 사용됩니다. 여기에는 작은 저항이나 작은 리액턴스를 통한 접지가 포함됩니다.

• 소저항 접지이 방식은 고장 전류를 수백 암페어로 제한하여 시스템에 미치는 영향을 줄이면서도 신속한 보호 동작을 가능하게 합니다. 또한 과전압을 효과적으로 억제하며, 대용량 전류가 흐르는 케이블 집약적인 배전망에 적합합니다.
• 소형 리액턴스 접지이 방법은 유도 전류를 통해 시스템의 용량성 전류를 상쇄하여 아크 재발화 가능성을 줄일 수 있습니다. 이러한 방식은 종종 보상 접지 방식으로 간주됩니다.

낮은 임피던스를 통한 접지는 직접 접지 방식과 비접지 방식의 장점을 결합하여 과전압 억제 및 비교적 높은 전원 공급 신뢰성을 제공합니다. 이 방식은 특히 용량성 전류가 크거나 높은 전력 품질이 요구되는 110kV 시스템에 널리 사용됩니다.

2. 110kV 변압기 중성점 보호 구성

2.1 과전압 위협

110kV 변압기 중성점의 절연 수준은 일반적으로 다음과 같습니다. 반절연내전압 정격이 선로 끝단의 3분의 1에 불과하기 때문에 중성점이 과전압 손상에 취약합니다. 주요 과전압 유형은 다음과 같습니다.

• 전력 주파수 과전압회선 전환, 비대칭 단락 또는 갑작스러운 부하 손실로 인해 발생합니다.
• 공진 과전압시스템 작동 또는 고장 발생 시 유도성 요소와 용량성 요소 간의 상호 작용으로 인한 진동 때문에 발생합니다.
• 스위칭 과전압회로 차단기가 열리거나 닫힐 때 자기 에너지와 정전기 에너지가 변환되면서 발생하는 현상입니다.
• 번개 과전압번개에 의해 발생하며, 진폭이 크고 지속 시간이 짧은 것이 특징입니다.

2.2 일반적인 보호 장치

변압기 중성점을 보호하기 위해 일반적으로 다음과 같은 보호 장치가 사용됩니다.

• 서지 보호기이러한 장치는 낙뢰 과전압 및 특정 스위칭 과전압을 제한합니다. 그러나 표준 서지 보호기는 110kV 변압기 중성점의 낮은 절연 수준에 적합하지 않은 경우가 많아 선택에 어려움이 있습니다.
• 고립의 격차이 회로는 전력 주파수 및 공진 과전압으로부터 보호합니다. 과전압이 발생하면 절연 파괴가 일어나 중성점이 접지되어 전압 상승을 제한합니다. 단점은 절연 간격을 정밀하게 조정하기 어렵다는 점으로, 이로 인해 보호 장치 간 오작동이 발생할 수 있습니다.
• 서지 보호기와 갭의 병렬 연결이는 널리 사용되는 보호 방식입니다. 서지 보호기는 낙뢰 과전압을 처리하고, 회로 간격은 전력 주파수 및 공진 과전압을 처리합니다. 또한 회로 간격은 서지 보호기의 고장을 유발할 수 있는 과도한 전력 주파수 과전압으로부터 서지 보호기를 보호합니다. 이러한 접근 방식은 상호 보완적인 장점을 제공합니다.

2.3 계전기 보호 구성

110kV 변압기 중성점의 계전기 보호는 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.

• 영순위 전류 보호직접 접지 변압기의 경우, 접지 사고를 신속하게 제거하기 위해 영순위 전류 보호 장치가 구성됩니다. 이 보호 장치는 일반적으로 고장 위치 파악을 위한 짧은 시간 지연과 변압기의 모든 측을 트립시키기 위한 긴 시간 지연으로 구분됩니다.
• 영순위 전압 보호 및 간극 전류 보호접지되지 않은 변압기의 경우, 영순위 전압 보호 및 간극 전류 보호가 설치됩니다. 접지 사고로 인해 시스템의 접지점이 손실되어 중성점 전압이 상승하면 간극이 절연 파괴됩니다. 간극 전류 보호 또는 영순위 전압 보호는 ​​0.3~0.5초의 시간 지연 후 변압기의 모든 면을 트립시킵니다.
• 백업 보호 조정선택성을 확보하기 위해서는 영순위 보호 시간 지연을 조정해야 합니다. 예를 들어 변압기의 백업 보호 시간 지연은 해당 변압기가 백업하는 선로 보호 시간 지연보다 길어야 합니다.

3. 최적화 권장 사항 및 사례 분석

3.1 전통적인 방법의 한계

사용하는 동안 간격이 있는 병렬 서지 보호기흔히 사용되는 방법이지만, 이 접근 방식에는 몇 가지 단점이 있습니다.

• 서지 보호기 선택의 어려움110kV 변압기 중성점에 대해 높은 연속 작동 전압과 낮은 낙뢰 충격 잔류 전압이라는 두 가지 요구 사항을 모두 충족하는 표준 서지 보호기를 찾는 것은 어려운 일입니다.
• 격차 설정의 어려움공극 절연 파괴 전압은 분산 현상이 발생하기 때문에 "접지 손실" 및 "접지 있음" 고장 조건에 대한 공극 작동을 정확하게 조정하기 어렵습니다.
• 계전기 보호의 복잡성접지 손실에 대한 보호(예: 영순위 과전압 및 간극 과전류 보호)가 오작동할 수 있으며, 이로 인해 추가적인 차단 기준이 필요하게 되어 복잡성이 증가하고 신뢰성이 저하됩니다.

3.2 작은 리액턴스를 이용한 접지의 장점

연구와 실제 사례는 다음과 같은 사실을 보여줍니다. 작은 리액턴스를 통해 중성점을 접지합니다.기존의 부분 접지 방식에 비해 상당한 이점을 제공합니다.

• 단열 수준 요구 사항 완화작은 리액턴스 접지 방식을 채택함으로써 변압기 중성점의 절연 레벨을 35kV에서 20kV로 낮출 수 있어 서지 보호기 및 접지 간격이 필요 없어지고 보호 구성이 간소화됩니다.
• 통합 접지 모드이 방법은 접지되지 않은 고립 시스템의 발생을 제거하여 관련 보호 장치를 단순화하거나 생략할 수 있도록 함으로써 신뢰성을 향상시킵니다.
• 이점 유지부분 접지의 장점인 간단하고 신뢰할 수 있는 영순환 보호 기능을 유지하면서 단상 단락 전류를 제한합니다.

3.3 사례 연구 분석

한 예로 110kV 종단 변전소 변환을 들 수 있습니다. 원래 설계에서는 다음과 같은 방식을 사용했습니다. 간격이 있는 병렬 서지 보호기중성점 보호를 위해, 저리액턴스 접지 방식을 채택한 후 변압기 중성점의 절연 레벨 요구 사항이 낮아지고 보호 장치가 단순화되었으며 운전 신뢰성이 향상되었습니다. 계산 결과 접지 저항으로 고장 전류를 수백 암페어 수준으로 제한할 수 있으며, 영순위 보호를 쉽게 연동할 수 있는 것으로 나타났습니다.

또 다른 사례는 110kV 변전소에서 발생한 고장으로, 유입선로의 일시적인 단상 접지 고장이 중성점 간극 절연 파괴 및 변압기 트립으로 이어졌습니다. 분석 결과, 선로 고장은 일시적이었지만, 다수의 비동기 모터로부터의 피드백부하측에서 아크 발생에 필요한 에너지가 공급되어 고장이 지속되었습니다. 이는 모터 부하가 큰 변압기(등가 전원)의 경우, 설계 단계에서 영순위 과전류, 간극 전류 및 영순위 전압 보호를 포함한 완전한 중성점 보호가 필수적임을 강조합니다.

4. 결론 및 전망

110kV 변압기 중성점 접지 방식 및 보호 구성 선정은 시스템 구조, 부하 특성, 신뢰성 요구사항 등을 종합적으로 고려해야 하는 복잡한 작업입니다. 서지 보호기와 접지 간격을 결합한 기존의 부분 접지 방식이 일반적이지만, 장비 선정 및 설치 조정 측면에서 어려움이 있습니다. 소형 리액턴스 접지 방식이는 절연 요구 사항을 낮추고 보호 장치를 단순화하며 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유망한 대안을 제시합니다.

향후 개발 추세는 다음과 같은 분야에 집중될 것입니다.

• 새로운 장치의 적용예를 들어, 서지 보호기와 병렬로 사용되는 복합 갭 또는 제어 가능한 갭은 보호 신뢰성과 정확성을 향상시킵니다.
• 디지털 보호 기술마이크로컴퓨터 기반 보호 시스템과 고급 알고리즘(예: 파형 식별, 고조파 분석)을 활용하여 지락 보호의 감도와 신뢰성을 향상시킵니다.
• 표준화 및 모듈화설계 및 유지보수를 간소화하기 위해 표준화되고 모듈화된 중성점 보호 장비를 개발합니다.

요약하자면, 110kV 변압기 중성점 접지 방식 및 보호 구성 최적화는 전력 시스템의 안전성, 신뢰성 및 경제성을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 기술 발전과 함께 더욱 지능적이고 효율적인 솔루션이 등장하여 널리 적용될 것으로 기대됩니다.